Encoder capacitivi, magnetici e ottici – Confronto tra le tecnologie

Caratteristiche delle principali tecnologie di encoder

Encoder Magnetici Composti da un disco magnetizzato rotante con poli alternati e un sensore ad effetto Hall o magneto-resistivo, un encoder magnetico funziona rilevando i cambiamenti nei campi di flusso magnetico. L'encoder magnetico è robusto e gestisce molto bene urti e vibrazioni, mentre non viene influenzato dall'ingresso di olio, sporco e umidità. Tuttavia, presenta il rovescio della medaglia di essere suscettibile alle interferenze magnetiche causate dai motori elettrici e di avere un intervallo di temperatura operativa limitato. Sebbene siano stati apportati molti miglioramenti agli encoder magnetici, generalmente offrono una risoluzione e un'accuratezza inferiori rispetto alle alternative ottiche e capacitive.

Encoder Ottici Rispetto a un encoder magnetico, un encoder ottico può offrire una risoluzione e un'accuratezza maggiori. Un encoder ottico è composto da una sorgente luminosa LED (tipicamente infrarossa) e fotodetector posizionati su lati opposti di un disco encoder fatto di vetro o plastica. Il disco encoder contiene una serie di linee o slot alternati trasparenti e opachi. Quando il disco ruota, il passaggio on/off della luce attraverso le finestre genera le classiche onde quadre a impulsi di quadratura A & B. Sebbene gli encoder ottici abbiano dominato per decenni il mercato del controllo del movimento, questi dispositivi presentano anche svantaggi intrinseci. Poiché un encoder ottico si basa sulla "linea di vista", è particolarmente suscettibile a polvere, sporco e olio. I dischi ottici sono generalmente costruiti utilizzando vetro o plastica, rendendoli vulnerabili ai danni causati da vibrazioni ed estremi di temperatura, oltre alla contaminazione durante il processo di assemblaggio sul motore. Durante il funzionamento, un encoder ottico consuma una corrente superiore a 100 mA e la sua durata è infine limitata dal LED.

Encoder Capacitivo Un encoder capacitivo è composto da tre componenti principali: un rotore, un trasmettitore stazionario e un ricevitore stazionario. Il rotore contiene un pattern sinusoidale e, mentre ruota, il segnale di riferimento ad alta frequenza del trasmettitore viene modulato in modo prevedibile. L'encoder rileva i cambiamenti nella reattanza capacitiva sulla scheda del ricevitore e li traduce, utilizzando un algoritmo di demodulazione, in incrementi di movimento rotativo.

Vantaggi dei Encoder Capacitivi

Derivati dagli stessi principi utilizzati nei calibri digitali, gli encoder capacitivi vantano un eccellente track record da quando Same Sky ha lanciato la prima generazione nel 2006. La serie AMT si è dimostrata altamente affidabile e precisa, risolvendo molti problemi applicativi riscontrati nelle tecnologie ottiche e magnetiche. Un encoder capacitivo è più robusto di un encoder ottico, tollerando una gamma di contaminanti ambientali come polvere, sporco e olio. Gli encoder capacitivi resistono anche molto meglio alle vibrazioni e agli estremi di temperatura. Inoltre, grazie all'assenza di LED, hanno una durata maggiore, un ingombro ridotto e un consumo di corrente inferiore (da 6 a 18 mA) rispetto a un encoder ottico. Immuni alle interferenze magnetiche e al rumore elettrico, sono robusti quanto un encoder magnetico, ma offrono maggiore precisione e una risoluzione più elevata.

Data la loro natura digitale, gli encoder capacitivi offrono anche una maggiore flessibilità, permettendo agli utenti di modificare la risoluzione dell'encoder. Con altre tecnologie, la risoluzione è determinata dal disco dell'encoder. Ciò significa che un encoder ottico o magnetico deve essere sostituito ogni volta che è necessaria una risoluzione diversa. Le risoluzioni programmabili disponibili negli encoder capacitivi non sono solo utili per l'ottimizzazione del sistema, in particolare durante la progettazione del ciclo di controllo PID, ma possono ridurre le scorte di magazzino, poiché un unico modello può essere utilizzato in molteplici applicazioni. La tecnologia capacitiva consente inoltre di impostare digitalmente l'impulso di riferimento e l'allineamento dell'encoder per la commutazione BLDC, mentre le sue capacità diagnostiche integrate forniscono ai progettisti accesso a dati preziosi del sistema per una rapida identificazione dei problemi sul campo.

Risolvere i Compromessi

Indipendentemente dai requisiti di sistema, un encoder capacitivo offre un'alternativa versatile, economica e affidabile rispetto alle tecnologie di rilevamento ottico o magnetico. L'encoding capacitivo non solo garantisce prestazioni superiori in termini di precisione e affidabilità in praticamente qualsiasi condizione ambientale, ma la sua operatività digitale intrinseca consente la programmabilità e capacità diagnostiche avanzate, mantenendo al contempo la compatibilità con le funzionalità tradizionali degli encoder.